Sb2Te3 나노입자

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 5783(2023) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

단일벽탄소나노튜브(SWCNT)는 열과 화학물질에 노출될 때 유연성과 뛰어난 내구성으로 인해 유망한 열전재료이다. 따라서, 다양한 센서용 전원 공급 장치로 사용될 것으로 예상됩니다. 그러나 열전 성능은 무기 열전 재료에 비해 열등하다. SWCNT의 우수한 특성을 유지하면서 열전 성능을 향상시키기 위해 전착을 이용하여 SWCNT 번들 표면에 무기 열전층을 형성하는 새로운 접근법이 제안되었다. 우리는 Sb2Te3 나노입자를 함유한 SWCNT 필름을 합성하고 이를 전착된 Sb2Te3 층으로 코팅했습니다. Sb2Te3 나노입자는 자발적인 산화환원 반응을 통해 합성되었으며, 이를 SWCNT 분산액에 첨가하고 진공 여과를 통해 필름을 제조했습니다. 필름의 나노입자 함량이 높을수록 Sb2Te3 전착층은 SWCNT 번들 표면 근처의 전구체 이온 농도 증가로 인해 SWCNT 번들을 완전히 덮었으며 이는 용융된 나노입자의 결과였습니다. 열전 성능이 향상됐고, 약 25℃에서 최대 역률은 59.5μW/(m·K2)로 일반 SWCNT 필름보다 4.7배 높았다. 이러한 발견은 고성능 유연한 열전 재료를 설계하고 제조하는 데 귀중한 통찰력을 제공합니다.

열전 발전기는 유망한 에너지 수확 장치입니다. 열전 재료의 온도 구배에 의해 생성된 열유속에 반응하여 캐리어 확산을 통해 전기 에너지를 생성합니다. 사물 인터넷(IoT)의 광범위한 발전으로 유연한 열전 발전기 기술의 출현이 촉진되었습니다1,2,3,4. IoT 기술에는 수많은 센서가 필요하고, 주변 열원을 활용한 센서용 무선 전원 공급 장치가 필수적이기 때문이다. 또한 유연성은 인체 및 곡면 물체와 같은 다양한 열원에 발전기를 설치하는 데 유리합니다.

일반적으로 유연한 열전 재료에는 전도성 유기 재료9,10,11, 단일벽 탄소 나노튜브(SWCNT)12,13,14 및 이들의 복합재15,16,17가 포함됩니다. 그 중 SWCNT는 열적, 화학적 내구성이 뛰어나 IoT 센서용 전원으로 탁월하다. SWCNT는 유연한 열전 발전기에 탁월한 특성을 나타내지만 열전 성능은 Bi2Te3 기반 합금과 같은 무기 칼코게나이드의 열전 성능보다 열등합니다. 열전 성능은 무차원 성능 지수 ZT = σS2T/κ 및 역률 PF = σS2로 표현됩니다. 여기서 σ, S, T 및 κ는 각각 전기 전도도, 제벡 계수, 절대 온도 및 열전도율을 나타냅니다. .

열전 성능을 높이기 위한 효과적인 접근 방식은 SWCNT를 무기 열전 재료와 결합하는 것입니다. Jinet al. 단일벽 탄소 나노튜브 네트워크에 고정된 고도로 정렬된 텔루르화 비스무트(Bi2Te3) 나노결정을 포함하는 유연한 열전 재료를 제조하기 위해 스퍼터링 기술을 사용했습니다. 이 재료는 높은 Seebeck 계수를 나타냈습니다. Wu 등20은 진공 여과와 어닐링의 조합을 통해 높은 역률을 보이는 p형 SWCNT와 안티몬 텔루라이드(Sb2Te3) 나노플레이트의 하이브리드 박막을 제조했다. 이러한 연구 외에도 CNT를 무기 및 유기 화합물과 결합하여 우수한 열전 재료가 제안되었습니다. 이전 연구에서 우리는 용매열 합성을 사용하여 Bi2Te3 나노플레이트에 SWCNT 분산 용액을 준비하고 드롭 캐스팅을 통해 유연한 필름을 생산하여 열전 성능을 향상시켰습니다.